復(fù)合型鉆石烯接骨釘及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于骨折固定材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合型鉆石烯接骨釘及制作方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人體關(guān)節(jié)發(fā)生內(nèi)骨折后，需要進(jìn)行解剖定位并采用內(nèi)固定物進(jìn)行固定，傳統(tǒng)的骨 折內(nèi)固定材料一般采用不銹鋼、鈦或者合金材質(zhì)，在長期植入后會(huì)引發(fā)蝕損、過敏、因應(yīng)力 遮擋作用而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，容易導(dǎo)致術(shù)后再次骨折；同時(shí)在骨折愈合后需要再次進(jìn)行手術(shù) 將內(nèi)固定物取出，給患者增加了負(fù)擔(dān)和痛苦。可吸收骨折內(nèi)固定材料的出現(xiàn)能夠減少手術(shù) 的次數(shù)，不需要再次進(jìn)行手術(shù)將內(nèi)固定物取出，有效減輕了患者的痛苦?？晌展钦蹆?nèi)固定 材料通常是由單體在一定條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，脫去一部分小分子化合物而形成。目前常 用的聚合物有聚乙交酯和聚丙交酯。采用可吸收骨折內(nèi)固定材料雖然具有避免二次手術(shù)的 優(yōu)越性，但其自身強(qiáng)度欠佳，對應(yīng)力較大的骨折端使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)固定物松動(dòng)、變形或斷裂 等現(xiàn)象；同時(shí)其抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較弱，在手術(shù)中植入人體時(shí)用力不當(dāng)即會(huì)扭斷螺帽或者導(dǎo)致螺 釘變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度大且安全性高的復(fù)合型鉆石烯接骨釘及 制作方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:復(fù)合型鉆石烯接骨釘，包括可吸收內(nèi) 螺釘層和包覆在可吸收內(nèi)螺釘層外面的復(fù)合鉆石烯層，復(fù)合鉆石烯層厚度為可吸收內(nèi)螺釘 層厚度的1-1.5倍;復(fù)合鉆石烯層由層片狀單晶結(jié)構(gòu)的納米鉆石烯和可吸收材料制備而成， 納米鉆石烯中同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間 為sp2雜化碳鍵連接;納米鉆石稀的晶格間距為0.21nm;納米鉆石稀的平均粒徑為R，20 < R 仝500nm;納米鉆石烯的C含量為99~100%。
[0005] 復(fù)合鉆石烯層中納米鉆石烯與可吸收材料的體積比為2:3-1: 1。
[0006] 可吸收內(nèi)螺釘層與復(fù)合鉆石烯層為一體化結(jié)構(gòu)。
[0007] 復(fù)合型鉆石烯接骨釘?shù)闹谱鞣椒?，包括以下步驟：1)選取納米鉆石烯和可吸收材 料，加入粘結(jié)劑，在環(huán)境溫度為50°C_100°C條件下連續(xù)攪拌直至混合均勻;2)步驟將1)中得 到的混合材料放入模具中制成復(fù)合鉆石烯層的胚體，將可吸收材料放入模具中制成可吸收 內(nèi)螺釘層的胚體;3)將步驟2)中得到的兩個(gè)胚體壓制成型后加壓擠入骨釘模具中，冷卻后 得到成品。
[0008] 步驟1)中粘結(jié)劑采用改性環(huán)氧樹脂。
[0009] 納米鉆石烯的制備工藝，包括以下步驟： 酸洗提純:將金剛石原料粉碎成8000目以上的細(xì)粉，依次采用濃硫酸與濃硝酸混合液、 稀鹽酸、氫氟酸對該細(xì)粉酸洗，然后使用去離子水清洗至清洗液pH接近于7;分選:將清洗后 的物料進(jìn)行離心分離，取上層液體進(jìn)行1-5天沉淀分選，去除上層清液，將下層沉淀物干燥 后即得成品納米鉆石烯。
[0010]酸洗步驟前進(jìn)行球磨整形和氣流破碎，先將金剛石原料球磨整形并篩分出800目 以上的細(xì)料;再將該細(xì)料輸送至氣流破碎機(jī)內(nèi)粉碎并篩分出8000目以上的細(xì)粉。
[0011]在球磨整形步驟，金剛石經(jīng)球磨整形桶的篩網(wǎng)篩出70目以上的顆粒，破碎時(shí)間為 l-5h;該顆粒經(jīng)多級振篩機(jī)篩分出800目以上的細(xì)料，振篩時(shí)間為30min-2h;在球磨整形步 驟，篩分出的800目以上的細(xì)料重復(fù)過篩一次以上；在球磨整形步驟，70目以下的粗料返回 球磨整形桶進(jìn)行重新破碎;篩余物返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎;分選步驟中，離心時(shí)間為 30min-2h，轉(zhuǎn)速為8000rpm-15000rpm;濃硫酸與濃硝酸混合液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%濃硫酸和質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為10%濃硝酸按照質(zhì)量比為5:1混合而成;采用上述方法制備的納米鉆石烯，為層片 狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為 sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為 sp2雜化碳鍵連接;粒度為20-500nm，C含量為99~100%，晶格間距為0.21nm〇
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:復(fù)合型鉆石烯接骨釘，包括可吸收內(nèi)螺 釘層和包覆在可吸收內(nèi)螺釘層外面的復(fù)合鉆石烯層，設(shè)置復(fù)合鉆石烯層可明顯減緩初期可 吸收材料的降解速度，避免可吸收材料被過早降解，同時(shí)超細(xì)鉆石烯以共價(jià)鍵方式結(jié)合人 體組織相容性高的分子界面層，能夠被降解后排出體外，降低其對人體的影響，提高接骨釘 的強(qiáng)度和抗扭轉(zhuǎn)性，避免出現(xiàn)扭斷變形的情況，提高接骨釘使用的安全性，減少患者的痛 苦;復(fù)合鉆石烯層厚度為可吸收內(nèi)螺釘層的1-1.5倍，方便進(jìn)行成型，內(nèi)外兩層相配合，有效 提高接骨釘?shù)膹?qiáng)度和抗扭轉(zhuǎn)性能;可吸收內(nèi)螺釘層與復(fù)合鉆石烯層為一體化結(jié)構(gòu)，內(nèi)外螺 釘形成一體化結(jié)構(gòu)，防止在使用過程中發(fā)生脫落、移位現(xiàn)象；納米鉆石烯為層片狀單晶結(jié) 構(gòu)，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化 碳鍵連接，納米鉆石烯形貌為多層片狀結(jié)構(gòu)，形貌可控，分散性好，無抱團(tuán)團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生，且 粒徑與片厚存在比例關(guān)系，同時(shí)同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之 間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接，sp2雜化軌道碳鍵為不飽和建，使層與層之間有許多 電子空位，電子空位方便電子自由出入，提高納米鉆石烯與可吸收材料粒子的結(jié)合度;納米 鉆石稀的晶格間距為0.21]1111 ;納米鉆石稀的平均粒徑20<1?<50〇11111，納米鉆石稀粒徑集中 度高，粒徑范圍分布窄，粒徑為20-500nm，粒徑大小可控;納米鉆石烯的C含量為99~100%， 結(jié)晶性非常強(qiáng)，對人體無毒副作用，可用于人體牙齒、骨頭、關(guān)節(jié)等仿生材質(zhì)的制備以及其 表面處理;多層片狀結(jié)構(gòu)的不飽和納米鉆石烯能夠?qū)⑵渌牧系牧Ｗ游接诒旧淼膶优c層 之間牢固結(jié)合，采用粘結(jié)劑與納米鉆石烯結(jié)合后，可達(dá)到良好的固結(jié)效果，同時(shí)納米鉆石烯 的多層片狀結(jié)構(gòu)使得所制得的成品光滑耐磨、耐腐蝕、硬度高且不易變形;原有的可吸收材 料常采用聚酯材料如聚丙交酯，加入納米鉆石烯后，可明顯減緩初期可吸收材料的降解速 度，達(dá)到可吸收材料前中期的降解，后期可吸收材料降解時(shí)，納米鉆石烯可隨之排出。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是納米鉆石烯的XRD譜圖； 圖3是納米鉆石稀的TEM分析圖； 圖4是納米鉆石烯的MAS-NMR譜圖； 圖5是納米鉆石烯的原子軌道示意圖； 圖6是納米鉆石稀的Raman光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1 復(fù)合型鉆石烯接骨釘，如圖1所示，包括可吸收內(nèi)螺釘層2和包覆在可吸收內(nèi)螺釘層2外 面的復(fù)合鉆石烯層1，復(fù)合鉆石烯層1厚度與可吸收內(nèi)螺釘層2厚度之比為1;復(fù)合鉆石烯層1 由層片狀單晶結(jié)構(gòu)的納米鉆石烯和可吸收材料制備而成，納米鉆石烯中同一片層的碳原子 之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接；納米鉆石烯 的晶格間距為0 · 21nm;納米鉆石烯的平均粒徑R為20nm;納米鉆石烯的C含量為99~100%。復(fù) 合鉆石烯層1中納米鉆石烯與可吸收材料的體積比為2: 3。可吸收內(nèi)螺釘層2與復(fù)合鉆石烯 層1為一體化結(jié)構(gòu)。
[0015] 實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，復(fù)合鉆石烯層厚度為可吸收內(nèi)螺釘層厚度的1.2倍， 納米鉆石稀的平均粒徑R為500nm，復(fù)合鉆石稀層中納米鉆石稀與可吸收材料的體積比為1: 1〇
[0016] 實(shí)施例3 本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，復(fù)合鉆石烯層厚度為可吸收內(nèi)螺釘層厚度的1.3倍， 納米鉆石稀的平均粒徑R為300nm，復(fù)合鉆石稀層中納米鉆石稀與可吸收材料的體積比為1: 1〇
[0017] 實(shí)施例4 本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，復(fù)合鉆石烯層厚度為可吸收內(nèi)螺釘層厚度的1.5倍， 納米鉆石稀的平均粒徑R為200nm，復(fù)合鉆石稀層中納米鉆石稀與可吸收材料的體積比為2: 3〇
[0018] 復(fù)合型鉆石烯接骨釘?shù)闹谱鞣椒ǎㄒ韵虏襟E：1)選取納米鉆石烯和可吸收材 料，加入粘結(jié)劑，在環(huán)境溫度為50°C_100°C條件下連續(xù)攪拌直至混合均勻;2)將步驟1)中得 到的混合材料放入模具中制成復(fù)合鉆石烯層的胚體，將可吸收材料放入模具中制成可吸收 內(nèi)螺釘層的胚體;3)將步驟2)中得到的兩個(gè)胚體壓制成型后加壓擠入骨釘模具中，冷卻后 得到成品。步驟1)中粘結(jié)劑采用改性環(huán)氧樹脂。
[0019]對采用上述方法制得的鉆石烯接骨釘進(jìn)行性能測試，測試效果如下： 測試1:將長度為6mm的可吸收螺釘和復(fù)合型鉆石烯接骨釘分別植入2只試驗(yàn)小白兔體 內(nèi)，手